以汶川地震十周年祭反思教學(xué)樓抗震設(shè)計(jì)

魏 樂(lè)

(大同市二院建筑設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，山西 大同 037006)

0 引言

時(shí)間永是流逝，街市依舊太平,十年已經(jīng)過(guò)去了，而十年前那場(chǎng)突如其來(lái)的大地震將多少親人陰陽(yáng)兩隔，將多少孩子的笑容定格在2008年5月12日14時(shí)28分04秒。這是一個(gè)永遠(yuǎn)留在我們心里的痛。也必將引發(fā)我們長(zhǎng)久的哀思和反思。在汶川地震十年后的今天，我們這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師，從這場(chǎng)大地震中，吸取了那些教訓(xùn)，明白了那些道理。我們不能像媒體報(bào)道者和不明真相的群眾一樣，一言以概之“豆腐渣工程”，十年后的今天，我們需要的是冷靜、客觀的分析，需要的是嚴(yán)謹(jǐn)，認(rèn)真的設(shè)計(jì)，我們更需要的是結(jié)構(gòu)人的擔(dān)當(dāng)和探索。反思過(guò)去，就是為了更好的服務(wù)明天，就是為了讓明天的設(shè)計(jì)更合理，更科學(xué)。

1 教學(xué)樓成了重災(zāi)區(qū)的原因

1.1 教學(xué)樓特點(diǎn)

我們傳統(tǒng)教室一般為矩形，也有正方形，六邊形的，不過(guò)絕大數(shù)是長(zhǎng)8 m～9 m，寬6 m～7 m，高3.3 m～3.6 m的矩形教室。這樣的平面布局有利于兩側(cè)均開(kāi)窗通風(fēng)采光；教學(xué)樓以教室為主，在小型教學(xué)點(diǎn)，一般沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的辦公樓，教師辦公室同樣放在教學(xué)樓內(nèi)。辦公室根據(jù)教師辦公特點(diǎn)，也同樣以集體辦公為主，所以，辦公室同樣是大開(kāi)間。這樣組合起來(lái)的教學(xué)樓必然是橫墻較少，層高較高的多層房屋。

1.2 結(jié)構(gòu)形式的探討

倒塌的農(nóng)村教學(xué)樓，多為20世紀(jì)80年代末，90年代初的建筑，結(jié)構(gòu)形式以磚混結(jié)構(gòu)為主，層數(shù)為3層～4層，以磚墻作為主要豎向承力構(gòu)件，水平樓板大多是預(yù)制空心板。為了解決豎向交通，又不浪費(fèi)建筑使用面積，通常在建筑的兩端設(shè)置樓梯。這樣的結(jié)構(gòu)形式，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)會(huì)出現(xiàn)如下幾點(diǎn)抗震不利因素。

1.2.1墻體太少的不利影響

作為既要承受豎向荷載也要承受水平地震作用的構(gòu)件，教學(xué)樓這種平面布局，較大的空間，較少的墻體就必然要承擔(dān)高過(guò)自身抗力的荷載。且會(huì)受到平面內(nèi)，平面外的地震作用，當(dāng)主要承受平面外的水平地震作用時(shí)，就會(huì)處于彎曲抗拉狀態(tài)。尤其是底層墻，因門(mén)窗開(kāi)洞過(guò)多而受到嚴(yán)重削弱，脆性的磚墻，抗拉強(qiáng)度較低的砂漿，必然會(huì)沿受力方向迅速開(kāi)裂，直至倒塌。部分墻體失去強(qiáng)度會(huì)增加底層剩余豎向構(gòu)件的負(fù)擔(dān)，這就會(huì)形成連鎖反應(yīng)，全樓會(huì)在地震初起時(shí)即發(fā)生大面積破壞。

1.2.2整體結(jié)構(gòu)形式不穩(wěn)固

前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，教學(xué)樓開(kāi)間大，跨度大，樓蓋一般通過(guò)設(shè)置花籃梁將預(yù)制空心板托住，而大梁簡(jiǎn)支在240厚單薄墻體上。這種強(qiáng)梁—弱墻的結(jié)構(gòu)形式，整體穩(wěn)固性很差，難以承受水平地震作用。位于教學(xué)樓盡端的樓梯，又徹底打斷了邊跨與整體的連接。整個(gè)建筑，有效地連接太少，整體性嚴(yán)重不足，設(shè)有多余的約束，必然難以抵御強(qiáng)震的作用，倒塌也就不足為奇。

1.2.3傳力體系不合理

GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2016年版)第3.5.3條明確提出：1)宜有多道抗震防線；2)宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力集中或塑性變形集中。

再反觀倒塌的建筑，就像前面我們講過(guò)的，墻體太少，導(dǎo)致傳力體系缺乏冗余約束，全部荷載都傳遞給底層墻體，加上底層開(kāi)洞太多，必然造成應(yīng)力集中，且又設(shè)有其他扶持，缺少備用傳力途徑，整個(gè)體系太過(guò)脆弱，遇強(qiáng)震會(huì)引發(fā)連續(xù)倒塌。

1.2.4施工、材料方面的質(zhì)量缺陷

無(wú)論設(shè)計(jì)、施工，規(guī)范都有明確的構(gòu)造規(guī)定。除極少數(shù)山區(qū)建筑外，學(xué)校建筑均為正規(guī)設(shè)計(jì)，正規(guī)施工的單位。但在倒塌的現(xiàn)場(chǎng)，也確實(shí)看到了狀如“豆腐渣”的混凝土。許多混凝土里的粗骨料為河卵石，混凝土配合比也是經(jīng)驗(yàn)配比。不止混凝土質(zhì)量有問(wèn)題，混凝土在遭受地震的反復(fù)作用后，以及倒塌時(shí)的墜落撞擊，人員搶救時(shí)的翻到。準(zhǔn)確評(píng)定已非易事。但是存檔文件里的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收等資料，均存在不同程度的問(wèn)題。加上20世紀(jì)早期施工的主力軍為農(nóng)建隊(duì)伍。舉個(gè)例子，混凝土空心板的端部構(gòu)造連接有嚴(yán)格的要求。國(guó)家圖集也明確了相關(guān)做法。但在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，空心板端部做法遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求。這就為日后使用留下了隱患。也給本來(lái)脆弱的教學(xué)樓結(jié)構(gòu)造成更不利的抗震條件。

2 現(xiàn)在新建的教學(xué)樓的抗震不利因素

2.1 連接兩到三座教學(xué)樓的單排框架走廊設(shè)計(jì)

現(xiàn)在又出現(xiàn)一種現(xiàn)象，許多教學(xué)樓平面布置成“E”字形，通過(guò)一道連廊，將兩到三棟獨(dú)立的教學(xué)樓連接成一個(gè)整體，方便師生平面交通和豎向交通，但這種形式又在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員與施工圖審查人員之間發(fā)生了不小的糾紛。因?yàn)樽呃葘挾纫话? m～3 m，建筑設(shè)計(jì)通長(zhǎng)設(shè)計(jì)成單排框架，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員也就按單排框架設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員認(rèn)為，第一，這種交通分部工程，使用頻率不高，作為單獨(dú)的一個(gè)構(gòu)件應(yīng)定性為丙類(lèi)建筑，且根據(jù)規(guī)范條文解釋可以通過(guò)采取措施設(shè)計(jì)成單排框架，并且設(shè)計(jì)成雙排框架，基本不能滿(mǎn)足使用要求。圖審人員認(rèn)為，根據(jù)GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2016年版)第6.1.5條，明確不能設(shè)計(jì)成單排框架。這個(gè)問(wèn)題應(yīng)成為一個(gè)明確的規(guī)定，來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)和圖審的工作。

2.2 減隔震要避免一窩蜂現(xiàn)象

國(guó)家教育部，以及部分省市教育系統(tǒng)明確發(fā)文，要求中小學(xué)，幼兒園建筑必須設(shè)置減隔震。這樣的行政命令，有時(shí)又會(huì)弄巧成拙。因?yàn)镚B 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2016年版)第12.1.2條12.1.3條明確提出：建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)和消能減震設(shè)計(jì)確定方案時(shí)，除應(yīng)符合本規(guī)范第3.5.1條的規(guī)定外，尚應(yīng)與采用抗震設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行對(duì)比分析。12.1.3條更是規(guī)定了諸多設(shè)置條件。而我們的設(shè)計(jì)一窩蜂上，減隔震廠家一窩蜂上，在國(guó)家還沒(méi)有具體操作規(guī)程，沒(méi)有具體制作標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)以前，產(chǎn)品難免會(huì)魚(yú)龍混雜，良莠不齊，那么，再遇到5月12日那樣的大震，我們的教學(xué)樓是否經(jīng)得起考驗(yàn)。

3 放眼未來(lái)

1)通過(guò)對(duì)震區(qū)震后教學(xué)樓統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，絕大多數(shù)按正規(guī)設(shè)計(jì)，正規(guī)施工的教學(xué)樓，完全經(jīng)得起考驗(yàn)。“普九工程”在震區(qū)的教學(xué)樓表現(xiàn)就非常好，無(wú)一倒塌，且都基本完好。這種情況對(duì)設(shè)計(jì)，施工應(yīng)該是最大的鼓舞。證明我們國(guó)家的設(shè)計(jì)規(guī)范是可靠的，我們的施工質(zhì)量是可靠的。我們有信心建設(shè)美麗校園，安全校園，平安校園。我們也有信心成為建設(shè)強(qiáng)國(guó)。

2)未來(lái)我們的努力方向。

a.繼續(xù)加大教學(xué)樓科研的力度。在現(xiàn)有規(guī)范的支持下，科研機(jī)構(gòu)，高等院校，要繼續(xù)加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究，要繼續(xù)加大教學(xué)樓的建筑材料研發(fā)，材料繼續(xù)向高強(qiáng)、質(zhì)輕、韌性好方向努力。同時(shí)繼續(xù)加大抗倒塌，尤其是連續(xù)倒塌的研究。

b.做好已有建筑的改造。再過(guò)15年，我國(guó)將首次出現(xiàn)人口負(fù)增長(zhǎng)，屆時(shí)，不再是人多樓少，而是人去樓空。在我們對(duì)某縣農(nóng)村的教學(xué)樓摸底調(diào)查中，也已經(jīng)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，有樓無(wú)學(xué)生的現(xiàn)象讓不少基層教育工作者感嘆無(wú)奈，下一步，即使全部學(xué)生接受高等教育，也同樣會(huì)出現(xiàn)樓多人少的狀況，那么，我們?cè)俳ㄔO(shè)更多的教學(xué)樓就是在浪費(fèi)。做好已有建筑的改造會(huì)成為將來(lái)的主旋律。改造不僅僅是結(jié)構(gòu)加固，還將涉及功能重新區(qū)劃，設(shè)施與時(shí)俱進(jìn)，這是我們需要研究的。

4 結(jié)語(yǔ)

汶川地震已經(jīng)整整過(guò)去十年了，觸摸那片廢墟上的斷壁殘?jiān)艚o我們的將是永恒的反思和思念。但俯瞰新的縣城，新的建筑，新的教學(xué)樓拔地而起，我們有理由相信，經(jīng)過(guò)科學(xué)救災(zāi)，科學(xué)重建，科學(xué)發(fā)展，汶川地震災(zāi)區(qū)城鄉(xiāng)面貌，基礎(chǔ)設(shè)施，生態(tài)環(huán)境等方面都發(fā)生了巨大變化。鱗次櫛比的新民居，山清水秀的新農(nóng)村，再造了一個(gè)錦繡巴蜀。